Ahogyan az ókori görögök fantasztikusan repültek a szárnyaló repülésről, a mai képzelet az elme és a gépek összeolvadásáról álmodik az emberi halandóság bosszantó problémájának orvoslására. Összekapcsolható-e az elme közvetlenül a mesterséges intelligenciával, a robotokkal és más elmékkel az agy-számítógép interfész (BCI) technológiákon keresztül, hogy meghaladja az emberi korlátainkat?
kapcsolodo tartalom
- Hogyan kapcsolódik az amerikai első hozzáadó gép a „meztelen ebédhez”
Az elmúlt 50 évben az egyetemi laboratóriumok kutatói és a világ minden táján működő vállalatok kutatói látványos előrelépéseket tettek egy ilyen jövőkép megvalósítása felé. Az utóbbi időben olyan sikeres vállalkozók, mint például Elon Musk (Neuralink) és Bryan Johnson (Kernel) új induló vállalkozásokat jelentettek be, amelyek célja az emberi képességek javítása az agy-számítógép interfész révén.
Mennyire közel állunk ahhoz, hogy sikeresen összekapcsoljuk az agyunkat technológiáinkkal? És milyen következményekkel járhat, ha a fejünkbe be van dugva?
Eredet: Rehabilitáció és helyreállítás
Eb Fetz, a Sensorimotor Neurális Műszaki Központ (CSNE) kutatója az egyik legkorábbi úttörője annak, hogy a gépeket az elmékhez kösse. 1969-ben, még mielőtt még személyi számítógépek voltak, megmutatta, hogy a majmok erősíthetik agyi jeleiket a tárcsa segítségével elmozdított tű irányításához.
A BCI-vel kapcsolatos közelmúltbeli munka nagy része célja a bénult vagy súlyos motoros fogyatékossággal élő emberek életminőségének javítása. A hírben láthatott néhány közelmúltbeli eredményt: A Pittsburghi Egyetem kutatói az agyban rögzített jeleket használják a robotkar irányításához. A Stanford kutatói az agyi jelekből kinyerhetik a bénult betegek mozgási szándékait, lehetővé téve számukra a vezeték nélküli tabletta használatát.
Hasonlóképpen, néhány korlátozott virtuális érzés visszajuttatható az agyba azáltal, hogy az agy belsejébe vagy az agy felületére elektromos áramot továbbítanak.
Mi a helyzet a látás és a hang érzékeivel? A súlyos látáskárosodásban szenvedő emberek bionikus szemének nagyon korai változatait kereskedelmi forgalomba hozták, és a továbbfejlesztett verziók jelenleg emberi kísérleteken mennek keresztül. A cochleáris implantátumok ezzel szemben az egyik legsikeresebb és legelterjedtebb bionikus implantátum - világszerte több mint 300 000 felhasználó használja az implantátumokat hallani.
A kétirányú agy-számítógép interfész (BBCI) képes mind az agyról származó jeleket rögzíteni, mind stimulációval visszajuttatni az agyba az információkat. (Sensorimotor Neural Engineering (CSNE) Központ, CC BY-ND) A legkifinomultabb BCI-k a „kétirányú” BCI-k (BBCI-k), amelyek rögzíthetik és stimulálhatják az idegrendszert. Központunkban a BBCI-kat vizsgáljuk, mint egy radikális új rehabilitációs eszközt agyvérzés és gerincvelő sérülések esetén. Megmutattuk, hogy a BBCI felhasználható a két agyrégió vagy az agy és a gerincvelő közötti kapcsolatok megerősítésére, és az információ átjuttatására a sérülés környékén a bénult végtag reanimálására.
A mai napig elért sikerekkel azt gondolhatja, hogy az agy-számítógép interfész a következő kötelező fogyasztói eszköz.
Még a korai napokban
Az agy felületén bekövetkező elektromos változások detektálására használt elektrokortikográfiai rács elektromos tulajdonságait vizsgálják. (Sensorimotor neurális mérnöki központ, CC BY-ND) De a jelenlegi BCI demonstrációk óvatos áttekintése rávilágít, hogy van még útunk: Ha a BCI mozgásokat készít, akkor sokkal lassabbak, kevésbé pontosak és kevésbé összetettek, mint amit a tehetséges emberek mindennaposan megkönnyítik. A bionikus szem nagyon alacsony felbontású látást kínál; A cochleáris implantátumok elektronikusan korlátozott beszédinformációkat hordozhatnak, de torzíthatják a zene élményét. És hogy mindezek a technológiák működjenek, az elektródokat műtéten kell beültetni - ezt a kilátást a legtöbb ember ma nem veszi figyelembe.
Nem minden BCI azonban invazív. Nem invazív BCI-k, amelyek nem igényelnek műtétet, léteznek; általában a fejbőr elektromos (EEG) felvételén alapulnak, és kurzorok, kerekes székek, robotfegyverek, drónok, humanoid robotok és még agy-agy közötti kommunikáció demonstrálására használják.
De ezek a demók a laboratóriumban voltak - ahol a helyiségek csendesek, a vizsgálati alanyok nem zavarják a figyelmet, a műszaki felépítés hosszú és módszertani, valamint a kísérletek elég hosszúak ahhoz, hogy megmutatják, hogy lehetséges-e egy koncepció. Nagyon nehéz bebizonyítani, hogy ezeket a rendszereket elég gyors és robusztusvá tegyék ahhoz, hogy gyakorlatilag hasznosak legyenek a való világban.
Még a beültetett elektródok mellett az agy felépítésének másik problémája az agy felolvasásával jár. Tudjuk, hogy mindegyik neuron és több ezer kapcsolódó szomszédjuk elképzelhetetlenül nagy és folyamatosan változó hálózatot alkot. Mit jelent ez a neuroengineers számára?
Képzelje el, hogy megpróbálja megérteni egy baráti társaság közötti beszélgetést egy bonyolult témáról, de csak egyetlen személyt hallgathat meg. Lehetséges, hogy kitalálhatja a beszélgetés nagyon durva témáját, de az egész beszélgetés részleteit és árnyalatait feltétlenül nem. Mivel még a legjobb implantátumok is lehetővé teszik, hogy egyidejűleg csak néhány apró agyfelületet meghallgassunk, csinálhatunk néhány lenyűgöző dolgot is, de a teljes beszélgetést sehol sem értjük.
Van még egy, amit nyelvi akadálynak gondolunk. A neuronok az elektromos jelek és a kémiai reakciók komplex kölcsönhatása révén kommunikálnak egymással. Ez a natív elektrokémiai nyelv értelmezhető elektromos áramkörökkel, de ez nem könnyű. Hasonlóképpen, amikor az agyhoz elektromos stimulációval beszélünk, akkor nehéz elektromos „akcentussal”. Ez megnehezíti az idegsejtek számára, hogy megértsék, mit próbál közvetíteni az stimuláció az összes többi folyamatban lévő idegi tevékenység közepette.
Végül felmerül a kár problémája. Az agyszövet puha és rugalmas, míg az elektromosan vezető anyagok - a vezetékek, amelyek az agyszövethez kapcsolódnak - többsége nagyon merev. Ez azt jelenti, hogy a beültetett elektronika gyakran hegesedést és immunreakciót okoz, ami azt jelenti, hogy az implantátumok idővel elveszítik hatékonyságukat. A rugalmas biokompatibilis szálak és tömbök végül segíthetnek ebben a tekintetben.
Közös alkalmazkodás, együttélés
Mindezen kihívások ellenére optimistán gondolkodunk bionikus jövőnk iránt. A BCI-knek nem kell tökéletesnek lenniük. Az agy meglepően adaptív és képes megtanulni használni a BCI-ket hasonló módon, mint az új készségeket, például autóvezetést vagy érintőképernyő-felületet. Hasonlóképpen, az agy megtanulhatja értelmezni az új típusú szenzoros információkat, még akkor is, ha azokat nem invazív módon szállítják, például mágneses impulzusok felhasználásával.
Végül úgy gondoljuk, hogy egy „ko-adaptív” kétirányú BCI, amelyben az elektronika az agyval tanul, és folyamatosan visszatér az agyhoz, a tanulás folyamata során, szükségesnek bizonyulhat az idegi híd felépítésében. Középpontunk célja az ilyen adaptív kétirányú BCI-k építése.
Hasonlóképpen izgatottak vagyunk az olyan betegségek, mint például a cukorbetegség célzott kezelésében, közelmúltban elért sikerek miatt, mint az „elektro-gyógyszerkészítmények” - kísérleti kis implantátumok, amelyek egy betegséget gyógyszerek nélkül kezelnek úgy, hogy a parancsokat közvetlenül a belső szervekkel közlik.
A kutatók új módszereket fedeztek fel az elektromos-biokémiai nyelvi korlátok leküzdésére. Az injektálható „idegi csipke” például ígéretes módszer lehet arra, hogy fokozatosan engedje az idegsejteknek a beültetett elektródok mellett növekedni, nem pedig azokat. A rugalmas, nanoszálakon alapuló szondák, a rugalmas neuronállványok és az üveges szén interfészek lehetővé tehetik a biológiai és technológiai számítógépek számára, hogy a jövőben boldogan éljenek a testünkben.
A segítőktől az augmentatívig
Elon Musk új startup Neuralink célja, hogy a végső célja az, hogy BCI-kkel fokozza az embereket, hogy az agyakat fel tudjuk emelni az emberi és a mesterséges intelligencia közötti folyamatban lévő fegyverkezési versenyen. Reméli, hogy a technológiáinkhoz való kapcsolódás képességével az emberi agy javíthatja saját képességeit - valószínűleg lehetővé téve számunkra, hogy elkerüljük a potenciális disztopikus jövőt, ahol az AI messze meghaladja a természetes emberi képességeket. Ez a jövőkép minden bizonnyal távoli vagy fantáziadúsnak tűnhet, de nem szabad elutasítanunk egy ösztöndíjról szóló elképzelést. Végül is az önjáró autók még másfél évtizeddel ezelőtt a tudományos fantasztikus világ köré kerültek - és most megosztják az utunkat.
A BCI több dimenzióban változhat: függetlenül attól, hogy kapcsolódik-e a perifériás idegrendszerhez (egy ideg) vagy a központi idegrendszerhez (az agy), invazív vagy nem-invazív, és segít-e az elveszített funkció helyreállítása, vagy javítja-e a képességeket. (James Wu; adaptálva a Sakurambo-tól, CC BY-SA) A közeljövőben, mivel az agy-számítógép interfészek túlmutatnak a fogyatékossággal élő személyek funkcióinak helyreállításán, a testi képességű személyek emberi képességeken túli kiegészítéséig, tisztában kell lennünk a beleegyezéssel, a magánélettel, az identitással, az ügynökséggel és az egyenlőtlenséggel kapcsolatos számos kérdésnek. . Központunkban egy filozófusok, klinikusok és mérnökök aktívan dolgoznak ezen etikai, erkölcsi és társadalmi igazságosság kérdéseinek megoldásán és neuroetikai iránymutatások kidolgozásán, mielőtt a terület halad előre.
Az agyunk közvetlen technológiával történő összekapcsolása végső soron annak természetes előrelépése lehet, hogy az emberek miként fejlesztették ki magukat a technológiával az idők folyamán, kezdve a kerekek használatával a kétlábú korlátozás leküzdéséig, a jelek készítéséig agyagtablettákon és papíron az emlékeink javítása érdekében. Akárcsak a mai számítógépek, okostelefonok és virtuális valóság fejhallgatók, az augmentatív BCI-k, amikor végre megérkeznek a fogyasztói piacra, izgalmasak, frusztrálóak, kockázatosak és ugyanakkor tele lesznek ígéretekkel.
Ezt a cikket eredetileg a The Conversation kiadta.
James Wu, Ph.D. Biomérnöki hallgató, a washingtoni egyetem Sensorimotor Neurális Mérnöki Központjának kutatója
Rajesh PN Rao, a számítástechnika és mérnöki tanár professzora és a washingtoni egyetem Sensorimotor Neurális Mérnöki Központjának igazgatója
